Влияние структуры асфальтобетона на его свойства.

Асфальтобетон по своей структуре является многокомпонентной конгломератной системой, в которой минеральный остов в виде отдельных зерен находится в среде, скрепляющей эти зерна в единый монолит. Структура асфальтобетона характеризуется массовым соотношением зерен различной крупности, их формой и свойствами минерального материала, а также структурой и свойствами вяжущего вещества. Основные физико-механические свойства асфальтобетона определяются его структурой. В течение длительного периода ведутся исследования, направленные на пол>-чснис его оптимальных составов и свойств. Однако это затрудняется сложностью структуры асфальтобетона.

Проф. П. В. Сахаров и проф. Г. К. Сюньи рассматривают асфальтобетон, состоящий из двух частей: минерального остова, включающего щебень (гравий) и песок, и асфальтовяжущего вещества. Проф. М. И. Волков и проф. И. В. Королев считают, что у асфальтобетона можно выделить три структуры: 1) микрострук-туру.т.е.- структуру асфальтовяжущего вещества: 2) мезострукту-ру. которую образуют асфальтовяжущее вещество и песок; 3) макроструктуру ■— трехкомпонентную структуру из щебня, песка и асфальтовяжущего вещества. Проф. И. А. Рыбьсв выделяет две структурные части асфальтобетона: микроструктуру, которую образует асфальтовяжущес вещество, т. с. битум и минеральный порошок, и макроструктур}, которая обусловливается крупностью, формой и взаимным расположением зерен. В микроструктурах, в соответствии с учением акад. П. А. Ребиндсра. следует различать структуры коатуляциокные, конденсационные и кристаллизационные, что даст возможность наиболее полно изучать структурно-механические свойства материала. Ярче эти свойства проявляются в микроструктурной части асфальтового бетона. Коатуляционными называют структуры, в образовании которых принимают участие слабые межмолекулярные силы сцепления между частицами. Связь между ними осуществляется через пленки и прослойки вяж\тцсго. Вследствие этого материалы с коагуляшюнной структурой обладают тиксотропными свойствами, т. с. способностью к восстановлению структуры и свойств после деформирования и разр>тпсния. Для таких материалов характерны пластичность, ползучесть и пониженная прочность,

Конденсационными считают структуры, у которых связь между частицами твердой фазы" ' осуществляется посредством химического или механического взаимодействия при непосредственном сближении частиц. Последний фактор образования конденсационной структуры у асфальтового бетона является наиболее характерным. Сближение твердых частиц может происходить при понижении температуры или синерезисе битума с проникновением масел и смол в капилляры минеральных материалов, а также при испарении легких фракций и уменьшении при этом толщины битумной пленки. Поэтому возможен переход от коагуляционной структуры асфальтовяжущего вещества к конденсационной. Асфальтобетонам этой структуры свойственны высокая прочность, хрупкость и необратимое разрушение под действием температурных или механических напряжений. Конденсационная структура характерна для жестких асфальтобетонов. При '"повышении температуры и других благоприятных условиях возможен обратный переход конденсационных структур в коагуляционные. так как при повышении температуры увеличивается толщина пленок битума, уменьшается прочность асфальтобетона, в нем проявляются ярко выраженные вязкопластическис свойства, характерные для коагу-ляционных структур. При отрицательных температурах в асфальтовяжущем образуются полидисперсные кристаллизационные структуры. При температуре ниже точки плавления эти структуры являются упруго-хрупкими с необратимыми деформациями. Механические свойства

материалов с такими структурами обусловлены свойствами отдельных кристаллов, их дисперсностью и характером срастания кристаллов в агрегаты.

Таким образом. при изменении температуры меняется структура асфапьтовяжущего и асфальтобетона. Последовательный переход от

коагуляционной структуры к конденсационной и к кристаллизационной. как отмечает проф. И. А. Рыбьсв, проходит через смешанные модификации структур — коагуляционно-конден-сационную, конденсационно-

кристаллизационную и в обратном направлении в зависимости от характера изменения температуры. Сохранение однородной структуры у асфальтового бетона в период его эксплуатации способствует его долговечности, так как переход от одной модификации к другой постепенно расшатывает микро-и макроструктуру монолита, что приводит к нарушению его плотности и появлению необратимых деформаций.

Проф. И. А. Рыбьев считает, что макроструктура конгломератов, к которым относится и асфальтобетон, образована совмещением микроструктуры и разнозернистых или иных видов грубодис-персных заполнителей. Формирование макроструктуры происходит в результате взаимодействия вяжущей части и заполнителя, что сопровождается уплотнением и упрочнением микроструктуры вя­жущего, сближением и уплотнением полидисперсных частиц того или иного вида заполнителя.

Макроструктура асфальтобетона в зависимости от насыщения щебнем имеет две разновидности: порфировую (базальную. по проф. М. И. Волкову) идсонтактную. При порфировой структуре частицы шебня или гравия не соприкасаются между собой. Они разобщены асфальтовым раствором, объем которогопревышает объем пустот в щебне. Механические свойства асфальтобетона с такой структурой в основном зависят от свойств растворной части, которая воспринимает основные нагрузки. Крупный заполнитель играет второстепенную роль. Порфировая структура характерна для малощебенистых асфальтобетонов (20...35%щсбня). Увеличение содержания щебня (гравия) приводит к контактированию зерен через тонкие прослойки асфальтовяжущего вещества и образованию контактной стр_уктуры. Объем асфальтового раствора в этом случае может быть меньше или равен объему пустот в щебне. В первом случае образуется пористый конгломерат, а во втором — плотный. Механические нагрузки от движущегося транспорта в данном случае воспринимает каменный каркас, образованный зернами щебня или гравия. При увеличении содержания щебня повышается сдвигоустойчивость асфальтобетона, его шероховатость и т. д. Однако превышение предельного содержания щебня приводит к снижению прочности асфальтобетона. Оптимальное содержание щебня в асфальтобетоне зависит от его зернового состава и вида, вязкости вяжущего, условий приготовления, укладки и уплотнения смеси. Контактная структура характерна для средне-и многощебенистых асфальтобетонов типа А и Б (35...65% щебня). По технологическом;- признаку различают оптимальные и не-оптимальные структуры искусственных конгломератов. Оптимальной называют структур;, у которой заполнитель равномерно распределен по всему объему и покрыт непрерывным слоем "вяжущего вещества. Кроме того, оптимальная структура должна иметь плотную упаковку крупнозернистых и компактное размещение тонкодисперсных частиц как в макро-, так и в микроструктурах. Оптимальная структура всегда отражает характер и параметры технологии производства асфальтобетона или другого конгломерата. Если структура не обладает одним или несколькими перечисленными свойствами, то она является нсоптимальной. Следуй¹ отмстить, что из одних и тех же исходных материалов при одинаковой технологии приготовления смеси и других равных условиях можно получить асфальтобетон различной неоптимальной структуры, причем число таких модификаций практически не ограничено. Число оптимальных структур ограничивается только 2...3 рациональными составами. Структура асфальтобетона будет оптимальной в том случае, если он в полной мерс соответствует техническим требованиям в реальных условиях эксплуатации и имеет эффективные экономические показатели.

Асфальтобетон, используемый для дорожного строительства и других целей, в зависимости от условий эксплуатации может быть принят с порфировой или контактной оптимальными макроструктурами. СВОЙСТВА АСФАЛЬТОБЕТОНА 2

Асфальтобетон, работающий в дорожных покрытиях, подвергается воздействию различных нагрузок от проходящего транспорта, солнечной радиации, дождя, температуры и т. д. Исходя из этого, производят выбор соответствующего вида асфальтобетона, долговечность которого зависит от качества, выраженного в кон­кретных показателях его технических свойств. Технические свойства асфальтобетона, как и других материалов, подразделяются на механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные. Механические свойства характсриз>тот способность асфальтобетона сопротивляться действующим нагрузкам в определенных условиях и пределах без разрушения, при полном сохранении сплошности и установившейся структуры. Эти свойства часто называют структурно-механическими и разделяют на прочностные и деформационные. Прочностные свойства отражают способность материала. не разрушаясь. сопротивляться внутренним напряжениям, возникающим под действием внешних нагрузок Прочность асфальтобетона является одной из важнейших его характеристик и чаще всего выр.шастся пределом прочности на одноосное сжатие образцов, изготовленных, выдержанных и испытанных при определенных температурах.

Скорость нагружения образцов при их испытании влияет на показатели прочности. При увеличении скорости нагружения прочностные показатели увеличиваются, и наоборот. Поэтому определение прочностных показателей должно проводиться при заданной скорости деформирования. Согласно ГОСТ 12801—77. прочность иа сжатие определяется при скорости деформирования 3 мм/мин.

Предел прочности асфальтобетона зависит от размеров и формы образца. В нашей стране для определения предела прочности на сжатие асфальтобетона приняты три типа образцов цилиндрической формы, диаметр и высота которых равны между собой и составляют: 101 мм, 71.4 и 50,5 мм. В случае, если образец имеет высоту меньше требуемой, показатель предела прочности будет выше и. наоборот, при